KR930003514B1 - 상아상 건반재와 그것의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

상아상 건반재와 그것의 제조방법

본 발명은 상아상(ivory-like) 건반재와 그것의 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 피아노, 오르간 및 아코디언등의 악기에서 건반으로 사용되는 것으로 기계적 특성이 개선된 인공 상아상 건반재료의 제조에 관한 것이다.

상아는 타고난 우수한 특성을 갖기 때문에 악기의 건반 표면을 구성하는 재료로 오랫동안 사용되어 왔다. 그렇지만, 야생동물 보호에 대한 세계적인 추세에 따라, 천연 상아의 공급은 극히 제한된다. 내용물로서 인공 상아상 재료가 악기용 건반의 제조에 폭넓게 사용되고 있다. 포르말린으로 경화된 카제인의 카제인 수지가 전형적인 예이다. 그렇지만, 카제인 형태의 인공재료가 사용되는 경우에, 천연 상아와 비교할때에 제품의 촉감이 다소 나쁘다, 그리고, 카제인 형태의 인공재료는 충격에 약간 취약하다. 또한, 미세한 입자형태의 첨가제 소량을 함유하는 경우에, 가공성이 나빠지고, 제조에 있어서, 필수적으로 수반되는 절단공정에 의하여 파손과 균열이 종종 일어난다.

천연 상아에 가깝도록 카제인 형태의 인공재료를 만들려는 시도로서, 일본특허 공개공보 소57-45592호에 포르말린으로 경화하기 전에 분말 카제인에 수산화알루미늄등의 수화 무기충전제를 첨가하는 것이 제안되었다. 수화 무기충전제를 함유하는 건반재는 적당한 흡습성을 가져, 연주자 손가락의 땀을 흡수한다. 또한, 그 제품은 적당한 평활성과 알맞은 내마모성을 가져 우수한 촉감이 제공된다. 짙은 반투명 색조를 더욱 개선된 외관을 제공한다.

이러한 장점에도 불구하고, 상기 무기충전제의 첨가는 카제인과 첨가제 사이의 계면에서 제품의 상품 가치를 저하시키는 오염물이 성장되기 쉽다.

본 발명의 목적은 높은 충격강도와 풍부한 가공성, 오염물이 감소되는 카제인 형태의 인공재료를 제공하는데 있다.

본 발명의 첫번째 목적은, 엘라스토머의 미립자를 카제인 수지 매트릭스(matrix)에 분산시키는 것이다.

본 발명의 두번째 목적은 엘라스토머와 카제인의 혼합물을 물의 존재하에서 함께 반죽하고, 반죽된 혼합물을 경화하기 위하여 포르말린조(formalin bath)에 침지하는 것이다.

본 발명의 제조법에 따라, 엘라스터모와 카제인의 혼합물을 물의 존재하에서 함께 반죽하고, 반죽된 혼합물을 경화하기 위하여 포르말린조에 침지한다.

본 발명에 사용된 카제인 분말을 평균 직경이 10에서 500μm의 범위의 것이 바람직하고, 10에서 100μm의 것이 더욱 바람직하다. 일반적으로, 카제인은 인단백질(phosphoprotein)에 속하고, 서로 유사한 단백질의 혼합물이며, 그것들의 분자량은 70,000에서 380,000정도이다.

본 발명에 사용할 수 있는 카제인은 젖소, 말 및 염소등의 동물의 젖으로부터 얻는 것이 가장 일반적이다. 특히, 효소 레닌(rennin)과의 응고로 얻어진 레니트(rennet) 카제인과, 산과의 응고로 얻어진 애시드 카제인이 바람직하게 사용된다. 꺾어진 분지쇄를 다수 갖는 거대 분자구조의 레니트 카제인이 사용하기에 가장 알맞다.

카제인과 혼합되는 엘라스토머는 흡습성 탄성 고분자이다. 예를들면, 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 에테르, 그리고 클로로프렌, NBR 및 SBR등의 합성고무 에멸션, 폴리비닐알콜, 폴리비닐 피를리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리아크릴릭 아미드, 폴리메틸 셀룰로오스, 그래프트화 녹말, 셀룰로스 및 천연 고무 라텍스 등이 유용하다.

바람직하게, 엘라스토머는 선택한 카제인의 분자구조와 유사한 것이어야 한다. 즉, 엘라스토머는 폴리펩티드 형태의 사슬을 함유해야 한다. 예를들면, 분자량이 5000에서 100,000의 범위인, 더욱 바람직하게는 10,000에서 50,000의 범위인 폴리우레탄 또는 폴리아미드가 사용된다.

엘라스토머는 용액, 에멀션, 분말 또는 과립상의 형태로 카제인에 첨가될 수 있다.

엘라스토머와 카제인의 혼합물 100중량부당 엘라스토머는 1 내지 50중량부 첨가하는 것이 바람직하고, 2 내지 30중량부 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 가장 바람직하게는 혼합물의 100중량부당 엘라스토머를 4 내지 23중량부 첨가해야 한다. 첨가량이 하한 이하일때는 충격강도, 가공성 및 내구성에 있어서, 눈에 띌 만큼의 개선점이 관찰되지 않는다. 상한 이상의 함량비에서는 반죽한 후에 성형을 할 수 없거나, 성형후의 경도가 저하된다.

카제인, 엘라스토머 및 물을 순차적으로 또는 동시에 혼합하고 반죽할 수 있다.

이런 성분에 추가해서, 안료, 염료, 가소제, 활제, 경화제, 산화방지제 및 대전방지제 등의 다른 첨가제를 함유할 수 있다.

색상을 조절하기 위하여 산화티타늄, 산화아연 및 리토폰(lithopone)등의 안료는 물론 산성 염료로 첨가할 수 있다. 반죽 혼합물의 100중량부에 대하여 착색제 또는 착색제들을 바람직하게는 10중량부까지, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 10중량부 첨가한다. 가장 바람직하게는 착색제 또는 착색제들을 0.2 내지 1중량부 첨가한다.

상기의 첨가제에 의하여, 엘라스토 첨가로 일어나는 카제인의 점착성이 저하되므로, 성형성을 개선할 수가 있다.

반죽하는 동안 상술한 성분들의 혼합물에 카제인 100중량부당 물을 5 내지 50중량부 첨가하는 것이 바람직하고, 10 내지 40중량부 첨가하는 것이 더욱 바람직하다. 반죽후에, 그 혼합물을 카제인의 팽윤을 위하여 실온하에서 5 내지 24시간 동안 방치한다.

다음에, 반죽된 혼합물을 압출성형, 압연후의 프레싱, 또는 프레싱의 수단으로 성형한다. 공정중의 온도는 압출기 실린더의 기부로부터 다이로 차차 높인다. 프레싱은 85-95℃의 온도, 100 내지 200kg/㎠의 압력하에서 수행하는 것이 바람직하다.

다음에, 혼합 성형물을 실온에서 3-10% 농도 프로말린조에 침지하여, 카제인을 경화시킨다. 침지 종료 시간은 혼합 성형물의 치수에 따라 변한다. 평판상 형태인 경우에, 3mm 두께에 대하여는 6일, 5mm 두께에 대하여는 16일 및 10mm 두께에 대하여는 50일 행한다.

카제인을 완전히 성형한 후에, 혼합 성형물이 건조되도록 20 내지 45℃로 가열하고, 절단, 절삭 및 연마등의 적당한 후처리를 행한다.

본 발명에 따른 상아상 건반 재료의 조성물에서, 엘라스토머의 미립자를 카제인 수지의 매트릭스에 분산시킨다. 분산된 엘라스토머 미립자의 평균 입경은 0.1 내지 90μm가 바람직하고, 0.5 내지 20μm가 더욱 바람직하다. 건반 재료는 단독으로 또는 나무와 결합하여 사용할 수 있다. 후자의 경우에서, 건반 재료를 0.5 내지 3mm 두께로 만들고, 접착제로 목재에 부착한다. 건반 재료는 흰색 건반으로 사용하는 것이 가장 바람직할지라도, 적당한 착색을 하여 검정색으로도 사용할 수 있다.

카제인, 엘라스토머 및 물의 혼합물을 함께 반죽할때에, 엘라스토머를 미립자화 하고, 반죽된 혼합물에 분산한다. 엘라스토머가 흡습성일때에 더욱 균일한 분산이 얻어진다.

특히, 엘라스토머의 분자 구조가 카제인의 분자 구조와 유사한 경우에, 엘라스토머의 미립자는 카제인과의 계면에서 우수한 친화력을 가져 접착력을 향상시킨다. 그리고, 포르말린으로 반죽 혼합물을 경화하는 동안에 카제인과 엘라스토머 사이에 가교가 일어나 두 성분 사이의 결합이 더욱 중진된다.

경화한 후에, 성형된 혼합물은 이른바 해도(海島, matrix-island)구조를 갖는다. 매트릭스로 형성되는 경화 카제인은 제품에 높은 기계적 강도를 부여하고, 반면에 섬을 형성하는 엘라스토머는 제품에 높은 유연성을 부여한다.

본 발명에 따라, 카제인의 원천적 취성이 엘라스토머의 분산으로 훨씬 개선되어, 제품의 기계적 강도가 저하되지 않고 내충격성이 증가된다. 제품의 증가된 유연성은 후처리에서 자주 발생하는 균열 및/또는 파손의 위험을 감소시킨다. 카제인과 엘라스토머 사이의 계면에서 높은 결합력 때문에, 오염의 가능성이 현저히 줄어든다. 카제인 매트릭스와 엘라스토머 섬(島)이 땀의 흡수 및 방출과 동일하게 팽창과 수축을 하기 때문에, 그것들의 계면에서 응력 집중이 일어나지 않아, 매트릭스의 열화가 지연된다.

본 발명의 다른 제조법에 따라, 카제인, 엘라스토머 및 무기충전제의 혼합물을 물의 존재하에서 함께 반죽하고, 반죽된 혼합물을 경화하기 위하여 포르말린조에 침지한다.

수산화알루미늄, 알루미나수화물, 황산칼슘 수화물, 규산칼슘, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 염기성 탄산 마그네슘, 규산알루미늄, 규산 마그네슘 및 규산등의 수화물 충전제가 무기충전제로 사용된다. 또한, 인산칼슘, 이산화규소, 알루미나 및 황산바륨 등의 비수화물 무기충전제로 사용된다.

반죽 혼합물의 100중량부당 무기충전제의 첨가량은 1-200중량부가 바람직하고, 1-50중량부당 더욱 바람직하다. 가장 바람직하게는, 2-30중량부 첨가한다. 함량비가 상기의 하한 이하이면 점착성이 너무 높기 때문에 원활하게 성형할 수 없고, 반대로 함량비가 상한 이상일때는 제품의 유연성을 떨어뜨린다.

분산되는 무기충전제의 평균 입경은 0.5 내지 5μm 범위가 바람직하고, 1 내지 2μm가 더욱 바람직하다.

무기충전제의 첨가량 조절로 제품의 경도를 높여, 내마모성을 향상시킨다.

[실시예]

[실시예 1]

표 1에 나타낸 조성을 갖는 혼합물을 믹서로 함께 반죽하고, 카제인의 팽윤을 위하여 20℃에서 24시간동안 방치하였다. 다음에, 반죽된 혼합물을 금형에 채워 넣고, 95℃, 120kg/cm²압력하에서 핫 프레스로 성형하였다. 성형된 혼합물을 5%농도 프르말린조에 침지하였다. 얻어진 건반 재료에 다양한 시험을 행하였다.

[표 1]

200배의 현미경 관찰 결과, 카제인 매트릭스에 직경이 1 내지 20μm로 대체로 구형인 폴리우레탄 엘라스토머의 입자가 비교적 균일하게 분산되었다는 것이 판명되었다.

비교하기 위하여, 폴리우레탄 엘라스토머의 첨가없이 동일하게 건반 재료를 제조하고, 같은 시험을 행하였다. 그 시험 결과를 표 2에 나타내었다.

[표 2]

주 : 연필경도 : 경도의 변화를 관찰하기 위하여 23℃의 물속에 침지하였다. 그것의 경도를 연필 경도의 척도로 나타내었다.

가열/냉각시험 : 50℃에서의 가열과 -20℃에서의 냉각을 교대로 반복하였다. 노치(notch)된 두께 1.5mm의 샘플을 나무판에 결합하였다.

건조/가습시험 : 35% RH에서 20% 건조와 35%RH에서 95% 가습을 교대로 반복하였다.

땀시험 : 인공의 땀 배쓰(bath)에 침지하고, 뜨거운 공기로의 건조를 교대로 반복하였다.

표 2의 데이타로부터 본 발명의 제품은 유연성, 충격 강도 및 내구성이 현저히 개선된 것은 명백하다.

[실시예 2]

표 3에 나타낸 조성을 갖는 혼합물을 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

[표 3]

현미경 관찰은 실시예 1과 동일한 결과를 얻었다.

비교하기 위하여, 폴리우레탄 엘라스토머의 첨가없이 동일하게 제조하고, 같은 시험을 행하였다. 시험의 결과는 표 4에 나타내었다. 시험은 표 2와 동일한 방법으로 수행하였다.

[표 4]

다시 표 4의 데이타로부터 본 발명의 제품은 유연성, 충격강도 및 내구성이 현저히 개선된 것을 명백하게 알게 된다.

Claims (19)

1. 카제인 수지 매트릭스에 엘라스토머 미립자가 분산되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 상아상(ivory-like) 건반재.
2. 제1항에 있어서, 상기 카제인 수지 매트릭스에 분산된 무기충전제를 더 포함하는 상아상 건반재.
3. 제2항에 있어서, 상기 무기충전제의 함량비가 상기 상아상 재료의 100중량부당 1 내지 200중량부의 범위인 상아상 건반재.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엘라스토머가 폴리우레탄 엘라스토머인 상아상 건반재.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엘라스토머 미립자의 평균 입경이 20μm 또는 그 이하인 상아상 건반재.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 엘라스토머의 함량비가 상기 카제인과 상기 엘라스토머의 총량을 기준으로 4 내지 23중량 범위인 상아상 건반재.
7. 상아상 건반재의 제조 방법에 있어서, 물의 존재하에서 카제인과 엘라스토머를 함께 반죽하는 단계와, 반죽 혼합물의 성형 단계와, 상기 카제인을 경화하기 위하여 혼합성형물을 포르말린조에 침지하는 단계로 이루어지는 상아상 건반재의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물이 무기충전제를 더 함유하는 것인 상아상 건반재의 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 무기충전제가 수산화알루미늄, 알루미나 수화물, 황산칼슘 수화물, 규산칼숨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 염기성 탄산마그네슘, 규산알루미늄, 규산마그네슘 규산, 황산칼슘, 이산화규소, 알루미나 및 황산바륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상아상 건반재의 제조방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 무기충전제의 함량비가 상기 반죽 혼합물의 100중량부당 1 내지 200중량부의 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
11. 제8항에 있어서, 상기 무기충전제의 평균 입경이 0.5 내지 5.0μm 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
12. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 카제인의 평균 직경이 10 내지 500μm 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
13. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 카제인이 효소 레닌과의 응고로 얻어진 레니트 카제인과 산과의 응로고 얻어진 애시드 카제인중의 하나인 상아상 건반재의 제조방법.
14. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 엘라스토머가 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리아크릴산 에스테르, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐 에테르, 합성고무 에멀션, 폴리비닐 알콜, 폴리비닐 피로리돈, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리 아크릴릭 아미드, 폴리메틸 셀룰로스, 그래프트화 전분, 셀룰로스 및 천연 고무 라텍스로 이루어진 그룹으로 선택된 상아상 건반재와 제조방법.
15. 제14항에 있어서, 상기 엘라스토머가 폴리펩티드상 사슬을 함유하는 것인 상아상 건반재의 제조방법.
16. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 엘라스토머의 함량비가 상기 혼합물의 100중량부당 4 내지 23중량부의 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
17. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 물의 함량비가 상기 카제인의 100중량부당 5 내지 50중량부의 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
18. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 포르말린의 농도가 3 내지 10%의 범위인 상아상 건반재의 제조방법.
19. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 엘라스토머 미립자의 평균 입경이 0.1 내지 90μm 범위인 상아상 건반재의 제조방법.